口腔根尖周病变形成与进展的整合宏基因组与转录组学分析揭示关键代谢通路

本研究针对根尖周脓肿、根尖周肉芽肿和根尖周囊肿这三类常见牙槽骨病变，通过整合宏基因组和转录组学技术，首次系统揭示了不同病变中优势菌群（如Fusobacterium nucleatum和Porphyromonas endodontalis）的次级代谢产物与宿主细胞代谢通路的交互作用，发现炎症反应、免疫调节和细胞迁移等关键通路在病变进展中的协同作用，为精准诊断和靶向治疗提供了新依据。

　　

口腔根尖周病变是临床常见的炎症性疾病，包括根尖周脓肿、根尖周囊肿和根尖周肉芽肿三种主要类型。尽管这些病变的临床表现已较为明确，但其微生物组构成与宿主细胞代谢的交互机制仍不清楚。传统研究多聚焦于单一菌种的致病性，而忽视了微生物群落整体代谢活动对病变微环境的塑造作用。此外，不同病变类型间的代谢特征差异缺乏系统比较，这限制了针对性治疗策略的开发。

为解答这些问题，阿联酋沙迦大学（University of Sharjah）的研究团队开展了首项整合宏基因组与转录组学的系统研究。通过对30例临床样本（含10例脓肿、7例囊肿、7例肉芽肿和6例健康对照）进行16S rRNA测序和RNA-seq分析，结合PRISM 4和AntiSMASH等生物信息学工具预测次级代谢产物，揭示了微生物-宿主互作的新机制。相关成果发表在《Current Research in Microbial Sciences》上。

研究采用四项关键技术：1）基于Ion S5 XL平台的16S rRNA基因测序分析菌群结构；2）使用PRISM 4和AntiSMASH预测细菌次级代谢途径；3）MP3软件鉴定病原蛋白功能；4）Ion AmpliSeq全转录组测序解析宿主基因表达谱。样本来源于阿联酋两家口腔外科诊所的手术切除组织。

3.1 微生物多样性分析
通过Bray-Curtis距离度量发现，根尖周病变组与健康组菌群结构显著分离（p<0.001）。α多样性显示根尖周囊肿菌群丰富度最高（Simpson指数0.91±0.07），脓肿组最低（0.73±0.17），提示囊肿可能形成更复杂的微生物生态位。

3.2 优势菌群特征
Fusobacterium nucleatum在脓肿（25±20%）和囊肿（13±10%）中占主导，而Porphyromonas endodontalis是肉芽肿最优势菌种（18±28%）。健康牙髓中Pelomonas puraquae（25±14%）的富集暗示其可能具有保护作用。

3.3 次级代谢通路
四环素生物合成通路为脓肿特有，与中性粒细胞活性氧（ROS）爆发相关；囊肿独有的ectoine生物合成通路可能通过渗透压调节促进囊液积聚；肉芽肿中diazinane-3-carboxylate和staphyloferrin A通过铁剥夺抑制巨噬细胞功能，维持慢性炎症状态。

3.4 病原蛋白功能
脓肿菌群的蛋白显著富集氨基酸代谢（如色氨酸降解）和补体激活通路；囊肿菌群蛋白关联细胞周期调控和VEGFA-VEGFR2信号；肉芽肿菌群则激活羧酸代谢和铁硫簇组装通路，与组织纤维化进程一致。

3.5 宿主转录组特征
脓肿样本中中性粒细胞脱颗粒和IL-8信号通路显著上调；囊肿显示上皮形态发生和水转运相关基因激活；肉芽肿中角质形成细胞分化标志物（如角质包膜蛋白）高表达，印证其纤维化特性。

3.6 共享通路机制
炎症反应（GO:0006954）在脓肿、免疫调节信号（GO:0002764）在囊肿、细菌应答（GO:0009617）在肉芽肿中均呈现微生物与宿主基因的协同调控，揭示"菌群-宿主"互作的核心靶点。

讨论部分强调，该研究首次建立不同根尖周病变的代谢指纹图谱：1）脓肿的急性炎症特征与Fusobacterium nucleatum的促炎代谢物相关；2）囊肿扩张涉及ectoine介导的渗透压调节与上皮重塑；3）肉芽肿慢性化与铁竞争机制和胶原交联增强有关。这些发现突破传统病原学认知，从代谢互作角度为病变分型诊断提供分子标志物，并为开发针对特定代谢通路的治疗（如铁螯合剂或渗透压调节剂）奠定理论基础。

研究局限性包括样本量较小和代谢产物预测未经验证，但通过多组学整合分析，为口腔感染性疾病的精准医疗提供了创新视角。未来可进一步探索关键代谢物（如四环素或ectoine）的局部干预价值，以及维生素D受体通路在肉芽肿修复中的作用机制。